JP2009004520A - Method for manufacturing thin film type thermo-couple, thin film type thermo-couple manufacturing apparatus used therefor, thin film type thermo-couple manufactured by use thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を加圧加熱して基板に電極を密着させて接合する薄膜型熱電対製造方法、それに用いる薄膜型熱電対製造装置、並びに薄膜型熱電対に関し、特に加熱温度を低温に抑えることができ、短時間で基板と電極を密着させて接合することができる薄膜型熱電対製造方法、それに用いる薄膜型熱電対製造装置及びそれを用いて製造された薄膜型熱電対に関する。 The present invention relates to a thin film thermocouple manufacturing method in which a substrate with an electrode in which an electrode of a metal thin film is formed on an insulating substrate is pressurized and heated so that the electrode is in close contact with the substrate, and a thin film thermocouple for use therefor The present invention relates to a device and a thin film type thermocouple, and in particular, a heating method can be suppressed to a low temperature, a thin film type thermocouple manufacturing method capable of bonding a substrate and an electrode in a short time, and a thin film type thermocouple manufacturing device used therefor And a thin film type thermocouple manufactured using the same.
従来、各種電化製品や燃料電池などの様々な機器において、熱管理が行われているが、近年のパーソナルコンピュータなどのCPUの高速化や家電製品の大電力化などに伴い、正確な温度管理が不可欠となっている。その一方で、デバイスの微細化は加速し、温度センサを非常に狭い空間へ組み込む必要性に迫られ、自動車部品,半導体,測定機器などのメーカを中心とした産業界からも薄膜型の温度センサの実用化が強く望まれていた。
本願出願人が出願した(特許文献1)には、「異種金属をそれぞれの元素ごとに個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、被蒸着物上に同時に蒸着させることにより、被蒸着物上に異種金属の合金を形成することを特徴とする合金製造方法」が開示されている。
この(特許文献1)の合金製造方法は、異種金属をそれぞれの元素ごとに個別に高周波誘導加熱することにより、異種金属それぞれの蒸発量を、高周波誘導加熱条件によって細かく調整することが可能となるので、これらの異種金属を被蒸着物上に同時に蒸着させ、任意の異種金属組成の合金を形成することが可能であり、5μm未満の薄膜の合金を容易に形成することができ、熱電対の合金電極やその他の異種金属からなる合金を蒸着により形成する方法として有用である。
The patent application filed by the present applicant (Patent Document 1) states that “a different kind of metal is evaporated by high-frequency induction heating for each element individually, and is simultaneously deposited on the deposition target. An alloy manufacturing method characterized by forming an alloy of different metals is disclosed.
In the alloy manufacturing method of this (Patent Document 1), it is possible to finely adjust the evaporation amount of each different metal according to the high frequency induction heating condition by individually performing high frequency induction heating of the different metal for each element. Therefore, it is possible to simultaneously deposit these dissimilar metals on the deposition object to form an alloy having any dissimilar metal composition, and to easily form an alloy having a thin film of less than 5 μm. This is useful as a method for forming an alloy electrode or an alloy made of other dissimilar metals by vapor deposition.
しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
(1)(特許文献1)では、ポリイミド基板やガラス基板等の絶縁物の基板に、蒸着によって合金電極を形成するので、基板と合金電極の密着力が不十分となり、外力によって合金電極が剥がれ易く、薄膜型熱電対としての耐久性、取り扱い性の向上が望まれていた。
(2)また、蒸着の条件が合金電極の熱起電力に大きく影響し、薄膜型熱電対として使用する際に、熱起電力が小さいと、温度を検出し難くなるため、温度検出能力のばらつき低減、歩留まり、量産性の向上が望まれていた。
However, the above conventional techniques have the following problems.
In (1) (Patent Document 1), an alloy electrode is formed by vapor deposition on an insulating substrate such as a polyimide substrate or a glass substrate, so that the adhesion between the substrate and the alloy electrode becomes insufficient, and the alloy electrode peels off due to external force. Therefore, it has been desired to improve durability and handleability as a thin film thermocouple.
(2) In addition, the deposition conditions greatly affect the thermoelectromotive force of the alloy electrode. When using as a thin film thermocouple, if the thermoelectromotive force is small, it becomes difficult to detect the temperature. Reduction, yield, and improvement of mass productivity have been desired.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することにより、短時間で基板に電極を低温拡散接合することができ、基板と電極の密着性を向上させることができ、耐久性、取り扱い性に優れ、合金電極の密度を高めて熱起電力を増大させることができ、温度検出が容易な薄膜型熱電対を製造することができる量産性に優れた薄膜型熱電対製造方法の提供、簡素な構造で金属薄膜の電極が形成された基板を簡便かつ確実に低温で加圧加熱して低温拡散接合することができ、取り扱いが容易で、ばらつきの少ない信頼性、耐久性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる薄膜型熱電対製造装置の提供、及び基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れると共に、金属薄膜の高密度性、均一性に優れ、熱起電力が大きく、温度検出が容易で、使用性に優れ、高歩留まりで量産性に優れた薄膜型熱電対の提供を目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and pressurizes and heats a substrate with an electrode in which a metal thin film electrode is formed on an insulating substrate at a low temperature, so that the electrode is bonded to the substrate at a low temperature in a short time. Thin film type that can improve the adhesion between the substrate and the electrode, has excellent durability and handleability, can increase the density of the alloy electrode and increase the thermoelectromotive force, and can easily detect the temperature Providing a mass-produced thin film thermocouple manufacturing method capable of manufacturing thermocouples, low-temperature diffusion bonding by simply and reliably pressing and heating a substrate with a metal thin film electrode with a simple structure at low temperature Providing a thin film type thermocouple manufacturing apparatus capable of producing a thin film type thermocouple that is easy to handle, has little variation and has excellent reliability and durability, and excellent adhesion between the substrate and the electrode, Excellent durability and handling Both dense metallic thin film, excellent uniformity, thermal electromotive force is large, because the temperature is easily detected and is excellent in usability, and to provide superior thin-film thermocouple in mass production at high yield.
上記課題を解決するために本発明の薄膜型熱電対製造方法、それに用いる薄膜型熱電対製造装置及びそれを用いて製造された薄膜型熱電対は、以下の構成を有している。
本発明の請求項1に記載の薄膜型熱電対製造方法は、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱して前記基板に前記電極を低温拡散接合する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱して基板に電極を低温拡散接合することにより、加圧加熱開始前の昇温及び加圧加熱後の冷却に要する時間を大幅に短縮することができるので、加圧加熱開始から終了までの時間を短縮して短時間で基板に電極を密着させ薄膜型熱電対を得ることができ、従来に比べ薄膜型熱電対の生産工数を著しく低減することができ、省エネルギー性、量産性に優れる。
(2)絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することにより、電極と基板を確実に密着させて電極の密着力を高め、電極の剥がれを防止することができ、薄膜型熱電対の耐久性、取り扱い性を向上させることができる。
(3)金属薄膜の電極を低温で加圧加熱することにより、金属薄膜の密度を高めることができ、熱起電力を増大させて規格値(基準熱起電力)近辺まで安定させることができ、温度検出を容易にして、薄膜型熱電対の使用性を向上させることができる。
(4)金属薄膜の電極を加圧加熱することにより、金属薄膜を圧縮して密度を高めて均一性を向上させることができ、薄膜型熱電対の性能のばらつきが発生し難く、歩留まりを向上させることができる。
In order to solve the above-described problems, a thin film thermocouple manufacturing method of the present invention, a thin film thermocouple manufacturing apparatus used therefor, and a thin film thermocouple manufactured using the method have the following configurations.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a thin film thermocouple, wherein a substrate with an electrode in which an electrode of a metal thin film is formed on an insulating substrate is heated under pressure at a low temperature, and the electrode is diffused into the substrate at a low temperature. It has the structure to join.
This configuration has the following effects.
(1) Temperature rise and pressurization before the start of pressurization and heating by pressurizing and heating a substrate with an electrode in which a metal thin film electrode is formed on an insulating substrate at a low temperature and bonding the electrode to the substrate at a low temperature Since the time required for cooling after heating can be greatly shortened, the time from the start to the end of pressure heating can be shortened, and the electrode can be brought into close contact with the substrate in a short time to obtain a thin film type thermocouple. Compared with, production man-hours for thin film thermocouples can be significantly reduced, and energy saving and mass productivity are excellent.
(2) By pressing and heating a substrate with an electrode in which a metal thin film electrode is formed on an insulating substrate at a low temperature, the electrode and the substrate are securely brought into close contact with each other to increase the adhesion of the electrode, and the electrode is peeled off. The durability and handling of the thin film type thermocouple can be improved.
(3) By pressurizing and heating the electrode of the metal thin film at a low temperature, the density of the metal thin film can be increased, the thermoelectromotive force can be increased and stabilized to the vicinity of the standard value (reference thermoelectromotive force), Temperature detection can be facilitated to improve the usability of the thin film thermocouple.
(4) By pressurizing and heating the electrode of the metal thin film, the metal thin film can be compressed to increase the density and improve the uniformity, and the performance variation of the thin film thermocouple hardly occurs and the yield is improved. Can be made.
ここで、通常の拡散接合が、700℃〜900℃の高温で行われるのに対し、本願では100℃〜400℃程度の低温で基板に電極を密着させて接合するので、従来の拡散接合と区別して低温拡散接合と表記する。
加圧力は、電極や基板の材質、厚さ、加熱温度などによっても異なるが、0.1t〜
20tが好ましい。加圧力が0.1tよりも小さくなるにつれ、密着力が低下し、加圧加熱の効果が不十分となる傾向があり、20tよりも大きくなるにつれ、装置が大型化し、取り扱い性、省スペース性に欠ける傾向があり、いずれも好ましくない。
Here, while normal diffusion bonding is performed at a high temperature of 700 ° C. to 900 ° C., in the present application, the electrodes are closely bonded to the substrate at a low temperature of about 100 ° C. to 400 ° C. Differentiated as low temperature diffusion bonding.
The applied pressure varies depending on the electrode, substrate material, thickness, heating temperature, etc.
20t is preferred. As the applied pressure becomes smaller than 0.1 t, the adhesion force tends to decrease, and the effect of pressure heating tends to be insufficient. As the applied pressure becomes larger than 20 t, the apparatus becomes larger, handling and space saving. There is a tendency to lack, and neither is preferable.
金属薄膜の電極は、蒸着、CVD、PVD、スパッタ、イオンプレーティング、メッキなどの方法で形成したものを用いることができる。
基板は、上述の方法により金属薄膜の電極を形成することができる絶縁性の材質であればよいが、ポリイミド、ポリアミド、アラミド、ポリエーテルスルホンなどの合成樹脂製のフィルムが好適に用いられる。
尚、加熱温度は、基板の材質によって、その耐熱温度よりも低い温度に設定する。
加圧加熱の時間は、加圧力、加熱温度によっても異なるが、1分〜15分が好ましい。加圧加熱の時間が1分よりも短くなるにつれ、加圧加熱時間が不足するため熱起電力が上がらず、加圧加熱の効果が不十分となる傾向があり、15分よりも長くなるにつれ、熱起電力が飽和し、量産性、省エネルギー性が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
As the metal thin film electrode, an electrode formed by a method such as vapor deposition, CVD, PVD, sputtering, ion plating, or plating can be used.
The substrate may be any insulating material that can form a metal thin film electrode by the above-described method, but a film made of a synthetic resin such as polyimide, polyamide, aramid, or polyethersulfone is preferably used.
The heating temperature is set to a temperature lower than the heat resistant temperature depending on the material of the substrate.
The pressure heating time varies depending on the applied pressure and the heating temperature, but is preferably 1 minute to 15 minutes. As the pressure heating time becomes shorter than 1 minute, the thermoelectromotive force does not increase because the pressure heating time becomes insufficient, and the effect of pressure heating tends to be insufficient, and as it becomes longer than 15 minutes. , The thermoelectromotive force is saturated and mass productivity and energy saving tend to be lowered, both of which are not preferable.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の薄膜型熱電対製造方法であって、前記金属薄膜の電極が、異種金属をそれぞれの元素毎に個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、前記基板上に同時に蒸着させることにより、前記基板上に形成された前記異種金属の合金である構成を有している。
この構成により、請求項1の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)金属薄膜の電極が、異種金属をそれぞれの元素毎に個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、基板上に同時に蒸着させることにより、基板上に形成された異種金属の合金であるので、基板と電極の厚さを合わせても50μm以下、或いは10μm以下の従来にない極めて薄い汎用性、省スペース性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる。
(2)金属薄膜の電極が異種金属を蒸着させて形成した合金である場合でも、加圧加熱することにより、合金の熱起電力の規格値(基準熱起電力)近辺まで熱起電力を増大させて安定化させることができ、熱起電力のばらつきが少なく、温度検出性能の信頼性に優れた薄膜型熱電対を高歩留まりで製造することができ量産性に優れる。
The invention according to
With this configuration, in addition to the operation of the first aspect, the following operation is provided.
(1) Since the electrode of the metal thin film is an alloy of dissimilar metals formed on the substrate by evaporating different metals separately by high frequency induction heating for each element and simultaneously depositing them on the substrate. Even if the thicknesses of the substrate and the electrode are combined, it is possible to produce a thin-film thermocouple having a thickness of 50 μm or less, or 10 μm or less, which is extremely thin and has excellent versatility and space saving.
(2) Even when the electrode of the metal thin film is an alloy formed by depositing a different metal, the thermoelectromotive force is increased to near the standard value of the thermoelectromotive force (reference thermoelectromotive force) of the alloy by pressurizing and heating. Thus, a thin film type thermocouple excellent in reliability of temperature detection performance can be manufactured at a high yield, and the mass productivity is excellent.
ここで、基板上に金属薄膜の電極を形成する際に、異種金属をそれぞれの元素ごとに個別に高周波誘導加熱することにより、異種金属それぞれの蒸発量を、高周波誘導加熱条件によって細かく調整することが可能となるので、これらの異種金属を基板上に同時に蒸着させ、任意の異種金属組成の合金を形成することが可能であり、5μm未満の薄膜の合金を容易に形成することができる。 Here, when forming the electrode of the metal thin film on the substrate, the amount of evaporation of the different metal is finely adjusted according to the high frequency induction heating condition by individually performing high frequency induction heating of the different metal for each element. Therefore, it is possible to simultaneously deposit these dissimilar metals on the substrate to form an alloy of any dissimilar metal composition, and it is possible to easily form a thin film alloy of less than 5 μm.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の薄膜型熱電対製造方法であって、前記低温拡散接合の加熱温度が100℃乃至400℃である構成を有している。
この構成により、請求項1又は2の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)低温拡散接合の加熱温度が100℃乃至400℃であることにより、基板へのダメージがなく、歩留まりを向上させることができ、量産性に優れる。
The invention according to
With this configuration, in addition to the operation of the first or second aspect, the following operation is provided.
(1) When the heating temperature of low-temperature diffusion bonding is 100 ° C. to 400 ° C., there is no damage to the substrate, yield can be improved, and mass productivity is excellent.
ここで、加熱温度が100℃よりも低くなるにつれ、加熱温度が低過ぎるため熱起電力が上がらず、加熱の効果が不十分となる傾向があり、400℃よりも高くなるにつれ、基板が熱により変形するなどのダメージを受け易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
加圧加熱終了後、直ちに加圧加熱容器を開放して熱電対を取り出してもよいが、内部の温度が100℃以下に下がってから開放することにより、電極が周囲の空気(酸素)によって酸化されるのを確実に防止することができ、信頼性に優れる。
Here, as the heating temperature becomes lower than 100 ° C., the heating temperature is too low, the thermoelectromotive force does not increase, and the heating effect tends to be insufficient. As the heating temperature becomes higher than 400 ° C., the substrate becomes hot. It tends to be susceptible to damage such as deformation, both of which are not preferred.
Immediately after the pressurization and heating, the pressurization and heating container may be opened and the thermocouple taken out, but the electrode is oxidized by the surrounding air (oxygen) by opening the thermocouple after the internal temperature drops to 100 ° C or lower. Can be surely prevented, and is excellent in reliability.
本発明の請求項4に記載の薄膜型熱電対製造装置は、請求項1乃至3の内いずれか1項に記載の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置であって、前記電極が形成された前記基板を加圧加熱する加圧加熱容器が、上下に分割された下部容器と上部容器とを有し、前記下部容器の内部に配設され前記電極付き基板が載置される下部加圧部と、前記上部容器の内部に前記下部加圧部と対向して配設された上部加圧部と、前記下部容器及び/又は前記上部容器に配設され前記下部容器及び/又は前記上部容器を上下方向に移動させて前記加圧加熱容器を開閉し前記下部加圧部と前記上部加圧部で前記電極付き基板を挟持して加圧する開閉加圧駆動部と、前記加圧加熱容器の内部を加熱する加熱部と、を備えている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)電極付き基板を加圧加熱する加圧加熱容器が、上下に分割された下部容器と上部容器とを有するので、下部容器及び/又は上部容器を上下動させるだけで容易に加圧加熱容器を開閉することができ、電極付き基板や薄膜型熱電対の出し入れや加圧を簡便に行うことができ、作業性に優れる。
(2)下部容器の内部に配設され電極付き基板が載置される下部加圧部と、上部容器の内部に下部加圧部と対向して配設された上部加圧部を有するので、下部容器の下部加圧部に基板が載置した後で、下部容器と上部容器が密着するように押圧するだけで、下部加圧部と上部加圧部で電極付き基板を確実に挟持して加圧することができ、作業工数を低減でき、取り扱い性に優れる。
(3)下部容器及び/又は上部容器に配設され下部容器及び/又は上部容器を上下方向に移動させて加圧加熱容器を開閉し、下部加圧部と上部加圧部で電極付き基板を挟持して加圧する開閉加圧駆動部を有することにより、1つの開閉加圧駆動部で加圧加熱容器の開閉と基板の加圧を同時に行うことができるので、装置の構成を簡素化して小型化することができ、省スペース性、取り扱い性に優れる。
(4)加圧加熱容器の内部を加熱する加熱部を有することにより、電極付き基板を下部加圧部と上部加圧部で加圧した状態で確実に加熱することができ、加圧加熱作業の信頼性に優れる。
A thin film thermocouple manufacturing apparatus according to
This configuration has the following effects.
(1) Since the pressurized heating container that pressurizes and heats the substrate with electrodes has a lower container and an upper container that are divided into upper and lower parts, it can be easily heated by simply moving the lower container and / or the upper container up and down. The container can be opened and closed, and the electrode-attached substrate and the thin film thermocouple can be easily put in and out, and the workability is excellent.
(2) Since it has a lower pressurizing part disposed inside the lower container and on which the substrate with electrodes is placed, and an upper pressurizing part disposed facing the lower pressurizing part inside the upper container, After the substrate is placed on the lower pressurization part of the lower container, just press the lower container and the upper container so that the lower container and the upper pressurization part firmly hold the substrate with electrodes between the lower pressurization part and the upper pressurization part. The pressure can be increased, the number of work steps can be reduced, and the handleability is excellent.
(3) The lower container and / or the upper container disposed in the lower container and / or the upper container is moved up and down to open and close the pressurized heating container, and the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit are used to mount the substrate with electrodes. By having an open / close pressurization drive unit that sandwiches and pressurizes, a single open / close pressurization drive unit can simultaneously open and close the pressurization heating container and pressurize the substrate. It is excellent in space saving and handling.
(4) By having a heating part that heats the inside of the pressurized heating container, the substrate with electrodes can be reliably heated while being pressed by the lower pressure part and the upper pressure part. Excellent reliability.
ここで、加圧加熱容器は中空状であれば、任意の形状に形成することができる。下部容器は、底板部と周壁部を有し、上部容器は天板部と周壁部を有するものが好適に用いられる。下部容器と上部容器の周壁部同士を密着させたり、嵌合させたりすることにより、密閉された中空状の加圧加熱容器を形成することができる。
下部加圧部と上部加圧部は、表面が平坦な平板やブロック体などで形成することができる。加熱部は加圧加熱容器の内部を加熱できるものであればよいが、下部加圧部や上部加圧部を直接加熱できるものが好適に用いられる。加熱された下部加圧部や上部加圧部から電極や基板に効率的に熱を伝達することができ、加熱の効率性、省エネルギー性に優れるためである。特に、加熱部として平板やブロック体の内部にヒータなどの加熱手段を埋設することにより、下部加圧部及び上部加圧部を斑無く確実かつ効率的に加熱することができる。また、加圧時に加熱部に負荷がかかることがなく、下部加圧部及び上部加圧部を確実に押圧して所定の圧力で電極付き基板を加熱することができ信頼性に優れる。
Here, as long as the pressurized heating container is hollow, it can be formed into an arbitrary shape. Preferably, the lower container has a bottom plate portion and a peripheral wall portion, and the upper container has a top plate portion and a peripheral wall portion. By sealing or fitting the peripheral wall portions of the lower container and the upper container, a sealed hollow pressurized heating container can be formed.
The lower pressurizing part and the upper pressurizing part can be formed of a flat plate or block body having a flat surface. Any heating unit may be used as long as it can heat the inside of the pressurized heating container, but those capable of directly heating the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit are preferably used. This is because heat can be efficiently transferred from the heated lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit to the electrode and the substrate, and the heating efficiency and energy saving are excellent. In particular, by embedding heating means such as a heater inside a flat plate or block body as the heating unit, the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit can be reliably and efficiently heated without spots. In addition, no load is applied to the heating unit during pressurization, and the lower pressurization unit and the upper pressurization unit can be surely pressed to heat the substrate with electrodes at a predetermined pressure, which is excellent in reliability.
開閉加圧駆動部は、下部容器又は上部容器の少なくともいずれか一方を上下方向に移動させることができるものであればよいが、出力の大きな油圧式のジャッキなどが好適に用いられる。 The open / close pressurizing drive unit may be any unit that can move at least one of the lower container and the upper container in the vertical direction, and a hydraulic jack having a large output is preferably used.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加熱部が、前記下部加圧部及び/又は前記上部加圧部に埋設されたヒータを備えている構成を有している。
この構成により、請求項4の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)下部加圧部及び/又は上部加圧部に埋設されたヒータを有することにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部や上部加圧部の表面に伝達することができ、加熱の効率性に優れる。特に、下部加圧部及び上部加圧部の両方にヒータを埋設した場合、電極付き基板を両面から斑無く加熱することができ、加熱の信頼性に優れる。
A fifth aspect of the present invention is the thin film thermocouple manufacturing apparatus according to the fourth aspect, wherein the heating unit includes a heater embedded in the lower pressurizing unit and / or the upper pressurizing unit. It has the composition which is.
With this configuration, in addition to the operation of the fourth aspect, the following operation is provided.
(1) By having a heater embedded in the lower pressurization unit and / or the upper pressurization unit, the heat generated by the heater can be reliably transmitted to the surface of the lower pressurization unit and the upper pressurization unit, Excellent in efficiency. In particular, when heaters are embedded in both the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit, the substrate with electrodes can be heated from both sides without any unevenness, and the heating reliability is excellent.
ここで、ヒータは、下部加圧部及び/又は上部加圧部に埋設されて加熱できるものであればよいが、カートリッジ型のものなどが好適に用いられる。軽量で容易に着脱することができ、組み立て作業性、メンテナンス性に優れるためである。尚、下部加圧部又は上部加圧部のいずれか一方にヒータを埋設する場合は、電極付き基板の電極側が好ましい。金属薄膜の電極を確実かつ効率的に加熱できるためである。 Here, the heater is not particularly limited as long as it can be embedded and heated in the lower pressurization unit and / or the upper pressurization unit, but a cartridge type or the like is preferably used. This is because it is lightweight and can be easily attached and detached, and is excellent in assembling workability and maintainability. In addition, when a heater is embedded in either the lower pressurizing part or the upper pressurizing part, the electrode side of the substrate with electrodes is preferable. This is because the metal thin film electrode can be reliably and efficiently heated.
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記下部容器及び前記上部容器の一方の周壁部の端部が、凹条溝を有する断面コ字型に形成され、前記下部容器及び前記上部容器の他方の周壁部の端部が、前記凹条溝に嵌合され、前記加圧加熱容器が、密閉される構成を有している。
この構成により、請求項4又は5の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)下部容器及び上部容器の一方の周壁部の端部が、凹条溝を有する断面コ字型に形成され、下部容器及び上部容器の他方の周壁部の端部が、凹条溝に嵌合され、加圧加熱容器が、密閉されることにより、加圧加熱容器内を減圧する際の密閉性や、下部加圧部及び上部加圧部を加熱する際の効率性に優れ、加圧加熱の作業性、効率性に優れる。
Invention of
With this configuration, in addition to the operation of the fourth or fifth aspect, the following operation is provided.
(1) The end of one peripheral wall portion of the lower container and the upper container is formed in a U-shaped cross section having a concave groove, and the end of the other peripheral wall portion of the lower container and the upper container is a concave groove By being fitted and the pressurized heating container is sealed, it is excellent in sealing performance when decompressing the inside of the pressurized heating container and efficiency when heating the lower pressurizing part and the upper pressurizing part. Excellent workability and efficiency of pressure heating.
ここで、凹条溝に嵌合される周壁部の上面或いは内周面や外周面にパッキンを配設することにより、加圧加熱容器を確実に密閉することができる。 Here, the pressurized heating container can be reliably sealed by disposing the packing on the upper surface, the inner peripheral surface, or the outer peripheral surface of the peripheral wall portion fitted in the groove.
請求項7に記載の発明は、請求項4乃至6の内いずれか1項に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加圧加熱容器に連設され前記加圧加熱容器の内部を減圧する減圧ポンプ又は前記加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換する不活性ガス供給部を備えている構成を有している。
この構成により、請求項4乃至6の内いずれか1項の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)加圧加熱容器に連設され加圧加熱容器の内部を減圧する減圧ポンプを有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部を真空に近い状態に減圧することができ、基板に形成された電極が酸化するのを防止することができる。
(2)加圧加熱容器に連設され加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換する不活性ガス供給部を有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部空気を不活性ガスで置換することができ、基板に形成された電極が酸化するのを防止することができる。
A seventh aspect of the present invention is the thin film thermocouple manufacturing apparatus according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the pressure heating container is connected to the pressurized heating container. It has the structure provided with the inert gas supply part which substitutes the decompression pump which decompresses, or the inside air of the said pressurized heating container with an inert gas.
With this configuration, in addition to the operation of any one of
(1) By having a decompression pump connected to the pressurized heating container and decompressing the inside of the pressurized heating container, the inside of the pressurized heating container can be decompressed to a state close to a vacuum before performing the pressurized heating. It is possible to prevent the electrode formed on the substrate from being oxidized.
(2) By having an inert gas supply unit that is connected to the pressurized heating container and replaces the inner air of the pressurized heating container with an inert gas, the internal air of the pressurized heating container is changed before the pressurized heating is performed. It can be replaced with an inert gas, and the electrode formed on the substrate can be prevented from being oxidized.
ここで、加圧加熱容器の内部に、アルゴン等の不活性ガスの他に窒素を充填することにより、電極の酸化を防止することもできる。 Here, it is possible to prevent oxidation of the electrode by filling the inside of the pressurized heating container with nitrogen in addition to an inert gas such as argon.
請求項8に記載の発明は、請求項4乃至7の内いずれか1項に記載の薄膜型熱電対製造装置であって、前記加圧加熱容器を冷却する冷却部を備えている構成を有している。
この構成により、請求項4乃至7の内いずれか1項の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)加圧加熱容器を冷却する冷却部を有することにより、加圧加熱の終了後に、冷却部によって下部加圧部及び上部加圧部を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部及び上部加圧部を冷却して薄膜型熱電対を取り出すことができ、生産性を向上させることができる。
(2)冷却部によって下部容器及び上部容器の周壁部も冷却することができ、加圧加熱容器の開閉時に、誤って周壁部などに手が触れても火傷などをすることがなく、安全性に優れる。
The invention described in
With this configuration, in addition to the operation of any one of
(1) By having a cooling unit that cools the pressurized heating container, the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit can be forcibly cooled by the cooling unit after the pressurization and heating, and the lower pressurization can be performed in a short time. The thin film type thermocouple can be taken out by cooling the part and the upper pressure part, and the productivity can be improved.
(2) The cooling part can also cool the peripheral wall of the lower container and the upper container, and when the pressurized heating container is opened and closed, there is no risk of burns even if the hand touches the peripheral wall part accidentally. Excellent.
ここで、冷却部としては、下部容器及び上部容器の下部加圧部や上部加圧部を冷却できるものであればよい。下部容器や上部容器の周壁部の内周或いは下部加圧部や上部加圧部の外周に沿うように配設された冷媒配管によって冷却水などを循環させるものが好適に用いられる。 Here, any cooling unit may be used as long as it can cool the lower pressurization unit and the upper pressurization unit of the lower container and the upper container. What circulates cooling water etc. suitably by the refrigerant | coolant piping arrange | positioned along the inner periphery of a peripheral wall part of a lower container or an upper container, or the outer periphery of a lower pressurization part or an upper pressurization part is used suitably.
本発明の請求項9に記載の薄膜型熱電対は、請求項1乃至3の内いずれか1項に記載の薄膜型熱電対製造方法により製造された構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れる。
(2)薄膜型でありながら、従来の被覆熱電対などと同等の大きな熱起電力を有するため、温度検出が容易で、使用性に優れる。
(3)金属薄膜の高密度性、均一性に優れ、性能のばらつきが発生し難く、高歩留まりで量産性に優れる。
(4)加熱温度が低温であるため、基板へのダメージが極めて少なく、熱履歴の影響を受けず、長寿命性に優れる。
The thin film type thermocouple according to
This configuration has the following effects.
(1) Excellent adhesion between substrate and electrode, and excellent durability and handleability.
(2) Although it is a thin film type, it has a large thermoelectromotive force equivalent to that of a conventional coated thermocouple or the like, and therefore, temperature detection is easy and the usability is excellent.
(3) The metal thin film has excellent high density and uniformity, hardly varies in performance, and has high yield and excellent mass productivity.
(4) Since the heating temperature is low, the substrate is hardly damaged, is not affected by the heat history, and has a long life.
ここで、製造可能な薄膜型熱電対は、K熱電対(クロメル(ニッケル−クロム合金)−アルメル(アルミニウム、マンガンを含むニッケル合金))、E熱電対(クロメル−コンスタンタン(銅−ニッケル合金))、J熱電対(鉄−コンスタンタン)、T熱電対(銅−コンスタンタン)、その他の熱電対である。
基板の材質及び金属薄膜の電極の形成方法は請求項1及び2で説明した通りである。
絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することによって得られた薄膜型熱電対の熱起電力は、JISをはじめとしてIECやASTM等の規格に規定された基準熱起電力表の値と同程度となっている。各国の規格は、ほとんど統一されているが、例えば、JIS C 1602−1995、ASTM E230−1996、IEC 584−1−1995などで規定されている。これらの規格と同等の熱起電力を有することにより、熱電対の校正に用いる標準熱電対や従来の被覆熱電対などと同程度の特性を得ることができ、従来の薄膜型熱電対では得られなかった温度検出性能を実現することができる。
Thin film type thermocouples that can be manufactured here are K thermocouples (chromel (nickel-chromium alloy) -alumel (aluminum, nickel alloy containing manganese)), E thermocouples (chromel-constantan (copper-nickel alloy)) , J thermocouple (iron-constantan), T thermocouple (copper-constantan), and other thermocouples.
The material of the substrate and the method of forming the electrode of the metal thin film are as described in
The thermoelectromotive force of a thin film type thermocouple obtained by pressurizing and heating a substrate with an electrode in which a metal thin film electrode is formed on an insulating substrate at a low temperature is in accordance with standards such as JIS and IEC and ASTM. It is about the same as the standard thermoelectromotive force table value specified. The standards of each country are almost unified, but are defined in, for example, JIS C 1602-1995, ASTM E230-1996, IEC 584-1-1995, and the like. By having a thermoelectromotive force equivalent to these standards, it is possible to obtain characteristics comparable to standard thermocouples used for thermocouple calibration and conventional coated thermocouples. It was possible to realize the temperature detection performance that did not exist.
以上のように、本発明の薄膜型熱電対製造方法、それに用いる薄膜型熱電対製造装置及びそれを用いて製造された薄膜型熱電対によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項1に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)低温で加圧加熱を行う低温拡散接合により、絶縁性の基板に金属薄膜の電極を強固に密着させることができ、電極と基板の密着性に優れ、短時間で耐久性、取り扱い性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる省エネルギー性、量産性に優れた薄膜型熱電対製造方法を提供することができる。
(2)基板上に形成された金属薄膜の電極を加圧加熱することにより、金属薄膜を圧縮して密度を高めて均一化することができ、金属薄膜の形成時の製造ばらつきを吸収することができ、熱起電力が大きく温度検出が容易で、特性のばらつきが少ない取り扱い性に優れた薄膜型熱電対を高歩留まりで製造することができる量産性に優れた薄膜型熱電対製造方法を提供することができる。
As described above, according to the thin film thermocouple manufacturing method of the present invention, the thin film thermocouple manufacturing apparatus used therefor, and the thin film thermocouple manufactured using the same, the following advantageous effects can be obtained.
According to invention of
(1) Low-temperature diffusion bonding that performs pressure heating at a low temperature enables the metal thin film electrode to be firmly adhered to the insulating substrate, has excellent adhesion between the electrode and the substrate, and is durable and easy to handle in a short time. It is possible to provide a method for producing a thin film type thermocouple excellent in energy saving and mass productivity, which can produce a thin film type thermocouple excellent in.
(2) By compressing and heating the electrode of the metal thin film formed on the substrate, the metal thin film can be compressed and the density can be increased and made uniform, and manufacturing variations during the formation of the metal thin film can be absorbed. A thin-film thermocouple manufacturing method with excellent mass productivity that can manufacture thin-film thermocouples with high thermoelectromotive force, high temperature detection, and small characteristics variation and excellent handling properties. can do.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)基板上に異種金属を同時に蒸着して形成された合金の薄膜を電極として用いることにより、総厚が50μm以下、或いは10μm以下の従来にない極めて薄い汎用性、省スペース性に優れた薄膜型熱電対を高歩留まりで製造することができる実用性、生産性に優れた薄膜型熱電対製造方法を提供することができる。
According to invention of
(1) By using an alloy thin film formed by simultaneously depositing different metals on a substrate as an electrode, the total thickness is 50 μm or less, or 10 μm or less. A thin film type thermocouple manufacturing method excellent in practicality and productivity that can manufacture a thin film type thermocouple at a high yield can be provided.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)加熱温度が100℃乃至400℃の低温拡散接合を用いることにより、基板にダメージを与えることなく、高品質で信頼性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる高歩留まりで、量産性に優れた薄膜型熱電対製造方法を提供することができる。
According to invention of
(1) By using a low-temperature diffusion bonding with a heating temperature of 100 ° C. to 400 ° C., a high-quality and highly reliable thin film thermocouple can be manufactured without damaging the substrate, with a high yield. A thin-film thermocouple manufacturing method excellent in mass productivity can be provided.
請求項4に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)加圧加熱容器が、下部容器と上部容器に分割され、下部容器と上部容器のそれぞれに下部加圧部と上部加圧部が配設されているので、下部容器及び/又は上部容器に配設された開閉加圧駆動部により、下部容器及び/又は上部容器を上下方向に移動させるだけで、加圧加熱容器の開閉と、加圧加熱容器内の下部加圧部と上部加圧部による加圧を制御することができ、装置の構成が簡素で、省スペース性、取り扱い性に優れ、加圧の信頼性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
According to invention of
(1) Since the pressurized heating container is divided into a lower container and an upper container, and a lower pressurizing part and an upper pressurizing part are disposed in each of the lower container and the upper container, the lower container and / or the upper container By simply moving the lower container and / or the upper container up and down by the open / close pressurization drive unit arranged in the open / close, the open / close of the pressurization / heating container, the lower pressurization unit in the pressurization / heating container, and the upper pressurization The thin film type thermocouple manufacturing apparatus that can control the pressurization by the unit, has a simple apparatus configuration, is excellent in space saving and handleability, and is excellent in the reliability of pressurization can be provided.
請求項5に記載の発明によれば、請求項4の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)下部加圧部又は上部加圧部の少なくともいずれか一方にヒータが埋設されていることにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部又は上部加圧部の表面に伝達することができ、接合対象である電極付き基板を斑無く均一に加熱することができる加熱の信頼性、効率性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
According to invention of
(1) Since the heater is embedded in at least one of the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit, the heat generated by the heater can be reliably transmitted to the surface of the lower pressurizing unit or the upper pressurizing unit. In addition, it is possible to provide a thin film thermocouple manufacturing apparatus excellent in heating reliability and efficiency that can uniformly heat a substrate with an electrode to be bonded without unevenness.
請求項6に記載の発明によれば、請求項4又は5の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)下部容器及び上部容器の一方の周壁部の端部に形成された凹条溝に他方の周壁部の端部を嵌合することにより、加圧加熱容器を密閉することができ、加圧加熱容器内を確実かつ効率的に減圧或いは加熱することができ、密閉性に優れ、加圧加熱作業の信頼性、効率性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
According to invention of
(1) The pressurizing and heating container can be sealed by fitting the end of the other peripheral wall into a groove formed in the end of one peripheral wall of the lower and upper containers. It is possible to provide a thin-film thermocouple manufacturing apparatus that can reliably and efficiently reduce or heat the inside of a pressure heating container, has excellent hermeticity, and is excellent in reliability and efficiency of pressurizing and heating work.
請求項7に記載の発明によれば、請求項4乃至6の内いずれか1項の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)加圧加熱容器に連設された減圧ポンプ又は不活性ガス供給部により、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器の内部を真空に近い状態に減圧したり、内部空気を不活性ガスで置換したりすることができ、電極付き基板の電極が加圧加熱容器の内部空気(酸素)によって酸化するのを防止することができ、高品質な薄膜型熱電対を製造することができる製造の信頼性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
According to invention of
(1) The internal pressure of the pressurized heating container is reduced to a state close to a vacuum or the internal air is inert before the pressurized heating is performed by a decompression pump or an inert gas supply unit connected to the pressurized heating container. It can be replaced with gas, the electrode of the substrate with electrodes can be prevented from being oxidized by the internal air (oxygen) of the pressurized heating container, and a high-quality thin film thermocouple can be manufactured. A thin-film thermocouple manufacturing apparatus with excellent manufacturing reliability can be provided.
請求項8に記載の発明によれば、請求項4乃至7の内いずれか1項の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)冷却部により、加圧加熱の終了後に、冷却部によって下部加圧部及び上部加圧部を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部及び上部加圧部を冷却して薄膜型熱電対を取り出すことができる生産性に優れた薄膜型熱電対製造装置を提供することができる。
According to invention of
(1) The cooling unit can forcibly cool the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit after the pressurization and heating, and the lower pressurizing unit and the upper pressurizing unit are cooled in a short time. It is possible to provide a thin-film thermocouple manufacturing apparatus excellent in productivity from which a thin-film thermocouple can be taken out.
請求項9に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れると共に、金属薄膜の高密度性、均一性に優れ、熱起電力が大きく、温度検出が容易で、使用性に優れ、高歩留まりで量産性に優れた薄膜型熱電対を提供することができる。
According to invention of
(1) Excellent adhesion between substrate and electrode, durability and handleability, high density and uniformity of metal thin film, large thermoelectromotive force, easy temperature detection, excellent usability, A thin film thermocouple with high yield and excellent mass productivity can be provided.
本発明の薄膜型熱電対製造方法、それに用いる薄膜型熱電対製造装置及びそれを用いて製造された薄膜型熱電対について、以下図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置の斜視図であり、図2は実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置の側面図である。
図1中、1は絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を加圧加熱して基板に電極を密着させて接合する本発明の実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置、2は薄膜型熱電対製造装置1の基台、3は後述する加圧加熱容器4を基台2上に保持する薄膜型熱電対製造装置1の容器保持フレーム、3aは基台2上に固設された容器保持フレーム2の下部固定部、3bは下部固定部3aの四隅に立設された柱状の連結部3cによって下部固定部3aと連結固定された容器保持フレーム2の上部固定部、4は下部固定部3a及び上部固定部3bに保持された下部容器7及び上部容器11に分割された薄膜型熱電対製造装置1の加圧加熱容器、5は下部固定部3aに固設され下部容器7を上下方向に移動自在に保持する油圧式のジャッキを用いた薄膜型熱電対製造装置1の開閉加圧駆動部、6は開閉加圧駆動部5の上面に固設され下部容器7を水平方向に摺動自在に保持する水平支持部、6aは開閉加圧駆動部5の両側に配設され水平支持部6の両側部に連結されて水平支持部6を底部から支持する底部補強支持部、6bは水平支持部6の上面に四隅に突設され下部容器7を位置決め固定する位置決め凸部である。
A thin film thermocouple manufacturing method of the present invention, a thin film thermocouple manufacturing apparatus used therefor, and a thin film thermocouple manufactured using the method will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a thin film thermocouple manufacturing apparatus used in the thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment, and FIG. 2 is a thin film thermocouple manufacturing apparatus used in the thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment. FIG.
In FIG. 1,
次に、加圧加熱容器の詳細構造について説明する。
図3は実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置の要部断面図である。
図1乃至図3中、7aは略円形に形成され水平支持部6上に載置された下部容器7の底板部、8は底板部7aの外周に立設された下部容器7の周壁部、8a,8bは周壁部8の外周面及び内周面に環設されたパッキン、9は底板部7aの上面に突設され絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板20が載置される下部加圧部、10は下部加圧部9と離間し周壁部8の内周面に沿うように配設され冷却水などの冷媒を循環させる冷却部としての冷媒配管、11aは略円形に形成され上部固定部3bの下面に固設された上部容器11の天板部、12は下部容器7の周壁部8の端部が嵌合される凹条溝12aを有する断面コ字型に形成され天板部11aの外周に垂設された上部容器11の周壁部、13は天板部11aの内面に下部加圧部9と対向して突設され下部加圧部9と共に電極付き基板20を加圧する上部加圧部、14は上部加圧部13と離間し周壁部12の内周面に沿うように配設され冷却水などの冷媒を循環させる容器冷却部としての冷媒配管、15は上部容器11の周壁部12に形設され加圧加熱容器4の内部を減圧する減圧ポンプ(図示せず)と接続される減圧用配管接続部、20はポリイミド、ポリアミド、アラミド、ポリエーテルスルホンなどの合成樹脂製のフィルムで形成された絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が蒸着して形成された電極付き基板、20’は電極付き基板20を加圧加熱して低温拡散接合することによって得られる薄膜型熱電対である。
Next, the detailed structure of the pressurized heating container will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the thin film thermocouple manufacturing apparatus used in the thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment.
1 to 3, 7a is a bottom plate portion of the
下部加圧部9と上部加圧部13は、表面が平坦な平板やブロック体などで形成した。また、下部加圧部9及び上部加圧部13の内部に加熱部としてカートリッジ型のヒータ(図示せず)を埋設した。これにより、軽量で容易に着脱することができ、組み立て作業性、メンテナンス性に優れると共に、下部加圧部9及び上部加圧部13を直接加熱することができ、下部加圧部9と上部加圧部13で挟持された電極付き基板20を斑無く確実かつ効率的に加熱することができる。また、加圧時にヒータに負荷がかかることがなく、下部加圧部9及び上部加圧部13を確実に押圧して所定の圧力で電極付き基板20を加熱することができ信頼性に優れる。
The
以上のように構成された薄膜型熱電対製造装置の使用方法に基づいて、実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法を説明する。
まず、図1及び図2に示すように、下部容器7を下降させた状態で、水平支持部6の手前側に引き出す。このとき、水平支持部6の上面手前側の左右両側に突設された位置決め凸部6bが、下部容器7の周壁部8の外周面に当接することにより、下部容器7が水平支持部6から落下するのを防止している。
Based on the usage method of the thin film type thermocouple manufacturing apparatus configured as described above, the thin film type thermocouple manufacturing method of the first embodiment will be described.
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、下部加圧部9の上に接合する電極付き基板20を載置し、下部容器7を水平支持部6の奥側に移動させるが、このとき電極付き基板20の上下をステンレス製のプレートなどで挟むことが好ましい。10μm〜50μm程度の薄い電極付き基板20をプレートで挟むことにより、下部加圧部9及び上部加圧部13で加圧する際に、その加圧力を均一に電極付き基板20に伝達させることができ、確実に所定の圧力を加えることができる。また、水平支持部6の上面奥側の左右両側にも位置決め凸部6bが突設されているので、下部容器7が水平支持部6から落下するのを防止できると共に、下部容器7を上部容器11の位置に位置決め固定することができる。
Next, the electrode-attached
次に、開閉加圧駆動部5により、水平支持部6と共に下部加圧部9を上昇させ、上部容器11の周壁部12の端部に形成された凹条溝12aに下部容器7の周壁部8の端部を嵌合させる。このとき、下部容器7の周壁部8の外周面及び内周面に環設されたパッキン8a,8bが、上部容器11の周壁部12の凹条溝12aの外周面及び内周面に当接して密着し、加圧加熱容器4を密閉する(図3参照)。
続いて、所定の圧力(例えば10t)になるまで、開閉加圧駆動部5による加圧を行う。所定の圧力に達したら、減圧用配管接続部15に接続された減圧ポンプ(図示せず)により、加圧加熱容器4の内部を真空に近い状態まで減圧する。減圧が完了したら、下部加圧部9及び上部加圧部13に埋設された加熱部(図示せず)により電極付き基板20を所定の温度(例えば200℃)に加熱する。加圧加熱容器4の内部が真空に近い減圧状態で加熱することにより、電極付き基板20の電極が酸化するのを防止することができる。
Next, the
Subsequently, pressurization by the open / close
所定の時間(例えば5分)保持し、加圧加熱が終了したら、下部加圧部9及び上部加圧部13の加熱を停止する。このとき、冷媒配管10,14によって冷却水などの冷媒を循環させることにより、下部加圧部9及び上部加圧部13を短時間で100℃程度まで強制冷却することができる。その後、開閉加圧駆動部5で下部容器7を下降させ、加圧加熱容器4を開放する。下部容器7を水平支持部6の手前側に引き出し、基板と電極が密着され接合が完了した薄膜型熱電対20’を取り出す。
以上のようにして製造された薄膜型熱電対20’は、基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れると共に、熱起電力が大きく、温度検出が容易で、使用性に優れる。
After holding for a predetermined time (for example, 5 minutes) and completing the pressure heating, the heating of the
The
本実施の形態では、開閉加圧駆動部5として、油圧式のジャッキを用いて下部容器7を上下動させたが、これに限定されるものではなく、下部容器7又は上部容器11の少なくともいずれか一方を上下方向に移動させることができるものであればよい。
また、本実施の形態では、下部容器7及び上部容器11を略円筒状に形成したが、加圧加熱容器4が中空状であれば、任意の形状に形成することができる。また、上部容器11の周壁部12に下部容器7の周壁部8が嵌合される凹条溝12aを形成したが、下部容器7の周壁部8の端部に凹条溝を形成し、上部容器11の周壁部12の端部を嵌合するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
Moreover, in this Embodiment, although the
本実施の形態では、加圧加熱時の電極の酸化を防止するために加圧加熱容器4の内部を減圧ポンプで減圧したが、その代わりに、加圧加熱容器4の内部に窒素或いはアルゴン等の不活性ガスを充填して電極の酸化を防止するようにしてもよい。尚、加圧加熱終了後、200℃程度の温度で加圧加熱容器4を開放しても、電極の酸化が発生しないことを確認したが、本実施の形態では、念のため、加圧加熱終了後、加圧加熱容器4の内部が100℃程度に下がるまで冷却してから加圧加熱容器4を開放することにより、酸化の発生を確実に防止した。
In the present embodiment, the inside of the
また、本実施の形態では、下部加圧部9及び上部加圧部13の両方に加熱部としてヒータを埋設したが、加熱部はこれに限定されるものではなく、下部加圧部9と上部加圧部13で挟持された電極付き基板20を所定の温度まで確実に加熱できるものであればよい。例えば、下部加圧部9又は上部加圧部13のいずれか一方のみにヒータを埋設してもよいし、下部加圧部9や上部加圧部13の外周にヒータを配設してもよい。
In this embodiment, a heater is embedded as a heating unit in both the
本実施の形態では、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が蒸着して形成された電極付き基板20を低温で加圧加熱して低温拡散接合することによって薄膜型熱電対20’を製造したが、予め基板上に形成される金属薄膜の電極は、蒸着以外に、CVD、PVD、スパッタ、イオンプレーティング、メッキなどの様々な方法で形成したものを用いることができる。また、基板上に形成する電極の種類により、K熱電対(クロメル(ニッケル−クロム合金)−アルメル(アルミニウム、マンガンを含むニッケル合金))、E熱電対(クロメル−コンスタンタン(銅−ニッケル合金))、J熱電対(鉄−コンスタンタン)、T熱電対(銅−コンスタンタン)、その他の熱電対を薄膜型熱電対20’として製造することができる。
In the present embodiment, a
実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法は、以下の作用を有する。
(1)絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板20を低温で加圧加熱して基板に電極を低温拡散接合することにより加圧加熱開始前の昇温及び加圧加熱後の冷却に要する時間を大幅に短縮することができるので、加圧加熱開始から終了までの時間を短縮して短時間で基板に電極を密着させ薄膜型熱電対20’を得ることができ、生産工数を低減することができ、省エネルギー性、量産性に優れる。
(2)電極付き基板20を加圧加熱することにより、短時間で電極と基板を確実に密着させて電極の密着力を高め、電極の剥がれを防止することができ、薄膜型熱電対20’の耐久性、取り扱い性を向上させることができる。
(3)電極付き基板20を加圧加熱することにより、基板上に蒸着などによって形成された金属薄膜の密度を高めることができ、熱起電力を増大させて規格値(基準熱起電力)近辺まで安定させることができ、温度検出を容易にして、薄膜型熱電対20’の使用性を向上させることができる。
(4)電極付き基板20を加圧加熱することにより、基板上に蒸着などによって形成された金属薄膜を圧縮して密度を高めて均一性を向上させることができ、薄膜型熱電対20’の性能のばらつきが発生し難く、歩留まりを向上させることができる。
(5)金属薄膜の電極が、異種金属をそれぞれの元素毎に個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、基板上に同時に蒸着させることにより、基板上に形成された異種金属の合金である場合、基板と電極の厚さを合わせても50μm以下、或いは10μm以下の従来にない極めて薄い汎用性、省スペース性に優れた高品質な薄膜型熱電対20’を高歩留まりで製造することができる。
(6)金属薄膜の電極が異種金属を蒸着させて形成した合金である場合でも、加圧加熱することにより、合金の熱起電力の規格値(基準熱起電力)近辺まで熱起電力を増大させて安定化させることができ、熱起電力のばらつきが少なく、温度検出性能の信頼性に優れた薄膜型熱電対20’を高歩留まりで製造することができ量産性に優れる。
(7)低温拡散接合の加熱温度が100℃乃至400℃であることにより、基板へのダメージがなく、歩留まりを向上させることができ、量産性に優れる。
The thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment has the following operation.
(1) Temperature rise and pressurization before the start of pressurization and heating by pressurizing and heating the electrode-attached
(2) By pressurizing and heating the
(3) By pressurizing and heating the electrode-attached
(4) By pressurizing and heating the electrode-attached
(5) When the electrode of the metal thin film is an alloy of dissimilar metals formed on the substrate by evaporating different metals separately by high frequency induction heating for each element and simultaneously depositing them on the substrate Even if the thickness of the substrate and the electrode is combined, it is possible to manufacture a high-quality thin-
(6) Even when the electrode of the metal thin film is an alloy formed by depositing a different metal, the thermoelectromotive force is increased to the vicinity of the standard value of the thermoelectromotive force (reference thermoelectromotive force) of the alloy by pressurizing and heating. Therefore, the
(7) When the heating temperature of low-temperature diffusion bonding is 100 ° C. to 400 ° C., there is no damage to the substrate, yield can be improved, and mass productivity is excellent.
実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置は、以下の作用を有する。
(1)電極が形成された基板を加圧加熱する加圧加熱容器4が、上下に分割された下部容器7と上部容器11とを有するので、下部容器7及び/又は上部容器11を上下動させるだけで容易に加圧加熱容器4を開閉することができ、電極付き基板20の投入や加圧、完成した薄膜型熱電対20’の取り出しを簡便に行うことができ、作業性に優れる。
(2)下部容器7の内部に配設され電極付き基板20が載置される下部加圧部9と、上部容器11の内部に下部加圧部9と対向して配設された上部加圧部13を有するので、下部容器7の下部加圧部9に電極付き基板20を載置した後で、下部容器7と上部容器11が密着するように押圧するだけで、下部加圧部9と上部加圧部13で電極付き基板20を確実に挟持して加圧加熱することができ、薄膜型熱電対20’の製造における作業工数を低減でき、取り扱い性に優れる。
(3)下部容器7及び/又は上部容器11に配設され下部容器7及び/又は上部容器11を上下方向に移動させて加圧加熱容器4を開閉し、下部加圧部9と上部加圧部13で電極付き基板20を挟持して加圧する開閉加圧駆動部5を有することにより、1つの開閉加圧駆動部5で加圧加熱容器4の開閉と電極付き基板20の加圧を同時に行うことができるので、薄膜型熱電対製造装置1の構成を簡素化して小型化することができ、省スペース性、取り扱い性に優れる。
(4)下部加圧部9及び上部加圧部13に埋設されたヒータを有することにより、ヒータの発する熱を確実に下部加圧部9及び上部加圧部13の表面に伝達することができ、電極付き基板20を両面から斑無く加熱することができ、加熱の効率性に優れる。
(5)上部容器11の周壁部12の端部が、凹条溝12aを有する断面コ字型に形成され、下部容器7の周壁部8の端部が、凹条溝12aに嵌合され、加圧加熱容器4が、密閉されることにより、加圧加熱容器4内を減圧する際の密閉性や、下部加圧部9及び上部加圧部13を加熱する際の効率性に優れ、加圧加熱の作業性、効率性に優れる。
(6)加圧加熱容器4に連設され加圧加熱容器4の内部を減圧する減圧ポンプを有することにより、加圧加熱を行う前に加圧加熱容器4の内部を真空に近い状態に減圧することができ、電極付き基板20に形成された電極が加熱によって酸化するのを防止することができる。
(7)加圧加熱容器4を冷却する冷却部としての冷媒配管10,14を有することにより、加圧加熱の終了後に、冷媒配管10,14によって下部加圧部9及び上部加圧部13を強制冷却することができ、短時間で下部加圧部9及び上部加圧部13を冷却して薄膜型熱電対20’を取り出すことができ、生産性を向上させることができる。
(8)冷媒配管10,14によって下部容器7及び上部容器11の周壁部8,12も冷却することができ、加圧加熱容器4の開閉時に、誤って周壁部8,12などに手が触れても火傷などをすることがなく、安全性に優れる。
The thin film thermocouple manufacturing apparatus used in the thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment has the following operation.
(1) Since the
(2) A
(3) The
(4) By having the heater embedded in the
(5) The end portion of the
(6) By having a decompression pump that is connected to the
(7) By having the
(8) The
実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法を用いて製造された薄膜型熱電対は、以下の作用を有する。
(1)基板と電極の密着性に優れ、耐久性、取り扱い性に優れる。
(2)薄膜型でありながら、従来の被覆熱電対などと同等の大きな熱起電力を有するため、温度検出が容易で、使用性に優れる。
(3)金属薄膜の高密度性、均一性に優れ、性能のばらつきが発生し難く、高歩留まりで量産性に優れる。
(4)加熱温度が低温であるため、基板へのダメージが極めて少なく、熱履歴の影響を受けず、長寿命性に優れる。
The thin film type thermocouple manufactured using the thin film type thermocouple manufacturing method of the first embodiment has the following operation.
(1) Excellent adhesion between substrate and electrode, and excellent durability and handleability.
(2) Although it is a thin film type, it has a large thermoelectromotive force equivalent to that of a conventional coated thermocouple or the like, and therefore, temperature detection is easy and the usability is excellent.
(3) The metal thin film has excellent high density and uniformity, hardly varies in performance, and has high yield and excellent mass productivity.
(4) Since the heating temperature is low, the substrate is hardly damaged, is not affected by the heat history, and has a long life.
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
(比較例1)
銅及びニッケルをそれぞれの元素毎に個別に高周波誘導加熱することにより蒸発させ、ポリイミドで形成された基板上に同時に蒸着させることにより、基板上に薄膜型熱電対の電極となるコンスタンタン薄膜を形成し、その熱起電力を測定した。
(Comparative Example 1)
Copper and nickel are vaporized by high frequency induction heating for each element individually, and simultaneously evaporated onto a substrate made of polyimide, thereby forming a constantan thin film that becomes an electrode of a thin film thermocouple on the substrate. The thermoelectromotive force was measured.
(実施例1)
比較例1で形成されたコンスタンタン薄膜の電極付き基板を実施の形態1の薄膜型熱電対製造方法に用いる薄膜型熱電対製造装置を用いて、加熱温度150℃、加圧力1.5tで5分間、加圧加熱したものについて、熱起電力を測定した。
(Example 1)
Using the thin film thermocouple manufacturing apparatus used in the thin film thermocouple manufacturing method of the first embodiment, the constantan thin film substrate with electrodes formed in Comparative Example 1 was heated at a heating temperature of 150 ° C. and a pressure of 1.5 t for 5 minutes. The thermoelectromotive force was measured for those heated under pressure.
比較例1及び実施例1における熱起電力の測定結果を図4及び図5に示す。
図4に示すように、比較例1によれば、熱起電力が21μV/K〜35μV/K程度の範囲でばらついていることがわかった。これは、コンスタンタン薄膜を形成する際の蒸着条件のばらつきなどが影響しているものと思われる。
図5に示すように、実施例1によれば、ほぼ一定した熱起電力を得ることができ、その値も35μV/K〜37μV/Kとなり、コンスタンタン膜の合金としての基準熱起電力である40.7μV/Kに近い値が得られることがわかった。
The measurement results of the thermoelectromotive force in Comparative Example 1 and Example 1 are shown in FIGS.
As shown in FIG. 4, according to Comparative Example 1, it was found that the thermoelectromotive force varied in the range of about 21 μV / K to 35 μV / K. This is thought to be due to variations in deposition conditions when forming a constantan thin film.
As shown in FIG. 5, according to Example 1, a substantially constant thermoelectromotive force can be obtained, and the value is also 35 μV / K to 37 μV / K, which is a reference thermoelectromotive force as an alloy of a constantan film. It was found that a value close to 40.7 μV / K was obtained.
本発明は、絶縁性の基板上に金属薄膜の電極が形成された電極付き基板を低温で加圧加熱することにより、短時間で基板に電極を低温拡散接合することができ、基板と電極の密着性を向上させることができ、耐久性、取り扱い性に優れ、合金電極の密度を高めて熱起電力を増大させることができ、温度検出が容易な薄膜型熱電対を製造することができる量産性に優れた薄膜型熱電対製造方法の提供、簡素な構造で電極付き基板を簡便かつ確実に低温で加圧加熱して低温拡散接合することができ、取り扱いが容易で、ばらつきの少ない信頼性、耐久性に優れた薄膜型熱電対を製造することができる薄膜型熱電対製造装置の提供を行って、高品質で信頼性に優れた薄膜型熱電対の普及に貢献することができる。 In the present invention, an electrode-attached substrate in which an electrode of a metal thin film is formed on an insulating substrate can be subjected to low-temperature diffusion bonding to the substrate in a short time by pressurizing and heating the electrode-attached substrate at a low temperature. Mass production that can improve the adhesion, excellent durability and handleability, can increase the density of the alloy electrode, increase the thermoelectromotive force, and manufacture a thin film thermocouple with easy temperature detection A thin-film thermocouple manufacturing method with excellent performance, simple and reliable pressure heating of substrates with electrodes at low temperatures, and low temperature diffusion bonding, easy handling, and reliability with little variation By providing a thin film type thermocouple manufacturing apparatus capable of manufacturing a thin film type thermocouple excellent in durability, it is possible to contribute to the spread of high quality and reliable thin film type thermocouples.
1 薄膜型熱電対製造装置
2 基台
3 容器保持フレーム
3a 下部固定部
3b 上部固定部
3c 連結部
4 加圧加熱容器
5 開閉加圧駆動部
6 水平支持部
6a 底部補強支持部
6b 位置決め凸部
7 下部容器
7a 底板部
8 周壁部
8a,8b パッキン
9 下部加圧部
10,14 冷媒配管
11 上部容器
11a 天板部
12 周壁部
12a 凹条溝
13 上部加圧部
15 減圧用配管接続部
20 電極付き基板
20’ 薄膜型熱電対
DESCRIPTION OF
Claims (9)
A thin film type thermocouple manufactured by the thin film type thermocouple manufacturing method according to any one of claims 1 to 3.
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